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9月12日，各部遵照孙连仲的部署：第77、第51两军基本维持原状，仅第51军左翼延伸至大湾、九个湾，与第71军联系；第71军占领庙高寿、花烟山亘龙湾之线。在自皂靴河右前方高地经大佛山至羊山为二线；第30军以一团占领武庙集以东高地、与龙湾之第88师联系，其余占领棋盘山、近水寺、梓柏岭、罗店子之线；第42军占领赵家棚、和风桥、张家湾、陈家湾之线；第27军团一个师守备潢川城，一个师配置于潢川附近机动侧击敌人。
张自忠将军以第180师附骑兵第13旅为城防军，以一个旅守潢川城，主力在城外机动；第38师附骑兵第2旅为野战军，位于潢川东南地区机动袭击敌人。军团部设在任大庄。
白崇禧电话指示孙连仲：第17军团于9月20日集中信阳、罗山一带，第27军团及第2集团军为掩护集中，须确保潢川、商城，迟滞日军。次日又指示：为避免决战，商城不必固守，应竭力牵制敌人，策应潢川之防御。
孙连仲即派一部于白雀园，策应第27军团作战。
张自忠将军按照战区作战意图，当即召集营以上军官训话。
他说：“关于武汉保卫战的重要意义，我已再三向你们讲过了，今天再简单地重复一遍：日寇企图以夺取武汉，迫使我政府放下武器结束战争；我们要以长期抗战摧垮敌人，守卫武汉，显示我军的实力。信阳是武汉的门户，第五战区将第17军团集结于信阳、罗山一带，令我部在潢川坚守至二十天，至少要坚持一周时间，以保证主力之集结。
这是关系重大的指令，我们必须横下一条心，在潢川坚守到主力集结完毕。我们常说：军人在战场上应视死如归。当此国家民族危亡之际，我们如能战死疆场，可谓死得其所了。我已经将坚守潢川的重要性告诉诸位了，我想就不必再以军令、军法加以告诫，诸位当恪尽职守，坚持到最后。”
张自忠原系冯玉祥西北军的常胜将军，素来治军严整。他常对部下说：“我们共患难多年，但军法无情！”徐州会战时，他是第39军军长，辖两个师共五个旅，师旅长都是他的得力战将。但因作战不得力，却撤了两个旅长、一个团长的职，另一旅长调任其他职务。他要求部将坚守阵地，无论多么艰苦，也必须坚守到最后，没上级命令，他是决不会改变决策的。
9月14日，日军分两路，一路直趋潢川，一路向潢川以北息县迂回。激战一昼夜，与敌相持。次日，日军采取正面佯攻，以有力一部迂回第26旅左侧，该旅竭力阻击。敌我反复冲杀，异常激烈。经过四天激战，部队伤亡极大。
旅长张宗衡用电话向张自忠报告战况，张自忠说：“打仗动枪动炮，死人伤人自是难免。关键是你要沉着、冷静，设法避免、减少伤亡。要相信：我们有伤亡，日寇也有伤亡，或许他们伤亡比我们还多；我们有困难，日寇同样也有困难，或许他们困难必我们还大。在这种时候，就看谁能坚持到最后，谁有毅力忍耐，胜利就属于谁。”
随后，张自忠又亲笔写了同样内容的信，派副官送到阵地上。张宗衡即命传令兵将军长亲笔信，拿去给各级军官传阅，以鼓舞士气。士气大振，终于将进攻之敌击退。